علم الأعصاب: التعريف والتاريخ والفروع

علم الأعصاب هو العلم الذي يدرس الجهاز العصبي ووظائف الدماغ يجمع تخصصات عديدة من علم النفس وعلم الاحياء والطب. تعرف على تعريف وتاريخ وفروع علم الأعصاب وكيف يدرس العقل والدماغ ويفيد علم النفس.

علم الأعصاب: التعريف والتاريخ والفروع
علم الأعصاب: التعريف والتاريخ والفروع

تعريف علم الأعصاب

علم الأعصاب هو فرع العلوم المعني بدراسة الجهاز العصبي. إنه مجال متعدد التخصصات يدمج وجهات نظر عديدة من علم الأحياء وعلم النفس والطب ، ويتكون من عدة مجالات فرعية تتراوح من دراسة المواد الكيميائية العصبية إلى دراسة السلوك والفكر.

على سبيل المثال ، علم الأعصاب الإدراكي هو الدراسة العلمية لتأثير هياكل الدماغ على العمليات العقلية ، ويتم ذلك من خلال استخدام تقنيات مسح الدماغ مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.

يهدف علم الأعصاب الإدراكي إلى معرفة كيفية تأثير هياكل الدماغ على طريقة معالجتنا للمعلومات ورسم خريطة للوظائف المعرفية العقلية لمناطق معينة من الدماغ. يتم ذلك باستخدام تقنيات تصوير الدماغ مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.

يمكن تتبع أقدم الجذور التاريخية لعلم الأعصاب إلى قدماء المصريين ، الذين مارسوا الحفر - حفر ثقب في الجمجمة من أجل علاج الدماغ و الاضطرابات العقلية - وكان لديهم بعض المعرفة حول أعراض تلف الدماغ  .

بعد ذلك بوقت طويل ، أدى اختراع المجهر واستخدام إجراءات التلوين إلى اكتشاف الخلايا العصبية الفردية (خلايا الجهاز العصبي) بواسطة سانتياغو رامون واي كاجال في أواخر تسعينيات القرن التاسع عشر ، مما مهد الطريق للدراسة الحديثة للجهاز العصبي ( جيليري ، 2004). بدأ ظهور علم الأعصاب كمجال متميز في القرن العشرين ، وكان رواده ديفيد ريوش ، وفرانسيس أو.شميت ، وستيفن كفلر (كوان وآخرون ، 2000).

يتم تحديد فروع علم الأعصاب في المقام الأول من خلال مقاييس التحليل الخاصة بهم - أي وجهات النظر التي يحللون من خلالها الجهاز العصبي. تشكل الجزيئات في الجهاز العصبي الأساس لوظيفة الخلايا العصبية والتواصل ، وهو محور علم الأعصاب الجزيئي.

تؤدي هذه العمليات الجزيئية إلى ظهور وظائف خلوية على نطاق أوسع داخل الخلايا العصبية - مثل تلك التي تشارك في الإشارات العصبية - والتي هي محور علم الأعصاب الخلوي. تعمل هذه الوظائف على تمكين أنظمة معقدة من الاتصال بين الخلايا العصبية ، والتي هي محور علم الأعصاب للأنظمة. أخيرًا ، تكمن هذه الأنظمة في النهاية في أساس الفكر والسلوك ، وهو محور علم الأعصاب الإدراكي والسلوكي.

توفر الدراسة العلمية للجهاز العصبي رؤى حاسمة لعمل العقل والدماغ ، وبالتالي فهي لا غنى عنها لعلم النفس. يسمح لنا علم الأعصاب بفهم العديد من أعمال العقل على أنها تعمل من خلال شبكات الاتصالات العصبية ، تمامًا كما تعمل أجهزة الكمبيوتر من خلال التوصيلات الكهربائية.

من خلال دراسة كيفية عمل هذه الروابط العصبية ، يمكننا أن نفهم بشكل أفضل كل من الإدراك البشري الطبيعي ، وكذلك المرض - أي عندما تنحرف هذه الروابط العصبية عن مسارها.

تسرد جمعية علم الأعصاب (2015) ما يلي باسم "المفاهيم الأساسية" للمجال وهي كالتالي:

  1. الدماغ هو أكثر أعضاء الجسم تعقيدًا.
  2. تتواصل الخلايا العصبية باستخدام كل من الإشارات الكهربائية والكيميائية.
  3. الدوائر المحددة وراثيا هي أساس الجهاز العصبي.
  4. تجارب الحياة تغير الجهاز العصبي.
  5. ينشأ الذكاء عندما يقوم الدماغ بالتفكير والتخطيط وحل المشكلات.
  6. يجعل الدماغ من الممكن توصيل المعرفة من خلال اللغة.
  7. يمنحنا الدماغ البشري فضولًا طبيعيًا لفهم كيف يعمل العالم.
  8. الاكتشافات الأساسية تعزز الحياة الصحية وعلاج الأمراض.

الخلايا العصبية وإمكانات الفعل والمشابك

الخلايا العصبية هي الوحدات الخلوية الأساسية التي تشكل الجهاز العصبي. يمتلك البشر ما يقرب من 100 مليار خلية عصبية. يتكون العصبون الفردي عمومًا من سوما (جسم الخلية) والتشعبات والمحور العصبي.

تحتوي سوما على نواة الخلية (حيث يتم تخزين الحمض النووي الخاص بها) ، وتعمل على إنتاج البروتينات اللازمة لوظيفة الخلايا العصبية.

تمتد من سوما ما يسمى "التشعبات" ، وهي هياكل تشبه الفروع تشكل روابط مع الخلايا العصبية الأخرى التي تستقبل منها وتعالج الإشارات الكهربائية. أخيرًا ، يبرز محور عصبي من الطرف الآخر من سوما ويعمل بدوره لإنتاج ونقل إشارة كهربائية إلى الخلايا العصبية الأخرى.

تحتوي كل خلية عصبية عادةً على محور عصبي واحد فقط ، على الرغم من أن الهيكل قد يتفرع بعد الإسقاط الأولي من سوما (وودروف، 2019).

تسمى الإشارات الكهربائية التي تحملها المحاور وتنتقل إلى التشعبات إمكانات الفعل أو إمكانات العمل . في الأساس ، الخلايا العصبية عبارة عن أجهزة كهربائية - فهي تحتوي على قنوات تسمح للأيونات الموجبة والسالبة بالمرور من الخارج إلى داخل الخلية أو العكس ، مما يؤدي إلى نشوء جهد كهربائي فيما يتعلق بغشاء الخلية (الحاجز حول الجزء الخارجي للخلية ).

بشكل افتراضي (عندما تكون الخلايا العصبية "في حالة سكون") ، يكون هناك شحنة سالبة داخل الخلية أكثر من الخارج ، مما يؤدي إلى ارتفاع جهد الغشاء الساكن بمقدار -70 ملي فولت. ومع ذلك ، فإن هذا الجهد الكهربائي يتغير باستمرار استجابةً لمدخلات من خلايا أخرى ، مما يتسبب في تدفق الأيونات داخل الخلية أو خارجها.

بعض هذه المدخلات "مثيرة" ، مما يعني أنها تجعل إمكانات غشاء الخلية أقل سلبية (على سبيل المثال ، من خلال التسبب في تدفق الأيونات الموجبة إلى الخلية) ، في حين أن البعض الآخر "مثبط" ، مما يعني أنها تجعل غشاء الخلية أكثر سلبية .

إذا تلقى العصبون ما يكفي من المدخلات المثيرة ، ولم يكن هناك الكثير من المدخلات المثبطة ، فإن إمكاناته الغشائية ستتجاوز ما يُعرف باسم "عتبة الفعل المحتملة" (حوالي -50 مللي فولت) ، وسيحدث ما يسمى جهد الفعل "وهو الفولت الكهربائي".

كهربائيًا ، جهود الفعل عبارة عن طفرات قصيرة ولكنها دراماتيكية في إمكانات غشاء العصبون. في الواقع ، غالبًا ما يشير علماء الأعصاب إلى إمكانات الفعل على أنها مجرد "طفرات".

عندما يتجاوز جهد غشاء العصبون عتبة جهد الفعل ، فإنه يؤدي إلى فتح ما يعرف بقنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي ، والتي تسمح لأيونات الصوديوم موجبة الشحنة بالمرور إلى الخلية.

يؤدي هذا إلى زيادة قدرة غشاء الخلية على أن تصبح أكثر إيجابية بسرعة ، مما يؤدي إلى الارتفاع المفاجئ. تنتقل هذه الإشارة بسرعة على طول محور العصبون العصبي ، لأن الارتفاع نفسه يتسبب أيضًا في فتح قنوات الصوديوم ذات الجهد المنخفض - وهكذا دواليك.

أخيرًا ، يصل جهد الفعل إلى نهاية المحور العصبي ، ويمرر العصبون هذه الإشارة إلى الخلايا العصبية الأخرى.

تتواصل الخلايا العصبية مع بعضها البعض من خلال هياكل تسمى نقاط الاشتباك العصبي . يتكون المشبك المفرد من طرف قبل المشبكي ، وشق متشابك ، وطرف ما بعد المشبكي.

بمجرد أن يصل جهد الفعل الكهربائي إلى نهاية محور عصبي للخلايا العصبية ، فإنه يصل إلى طرف ما قبل المشبكي ، مما يؤدي إلى إطلاق الناقلات العصبية من الخلية. يتم إطلاق هذه الناقلات العصبية في الشق المشبكي ، بفجوة صغيرة (20-40 نانومتر) بين طرفي ما قبل المشبكي وما بعده.

ثم تنتقل الناقلات العصبية عبر الشق المشبكي وتنشط مستقبلات الناقل العصبي على الطرف ما بعد المشبكي. عندما يتم تنشيط هذه المستقبلات ، فإنها تتسبب في تدفق الأيونات الموجبة أو السالبة إلى الخلايا العصبية بعد المشبكية ، مما يؤدي إلى الإثارة أو التثبيط ، على التوالي.

عندما تعمل الناقلات العصبية على المستقبلات لتسبب تدفق الأيونات الموجبة إلى الخلايا العصبية بعد المشبكي ، فإن هذا يسمى الإثارة ، لأن العصبون يقترب من عتبة جهده المحتملة ، وبالتالي يصبح أكثر احتمالا لإطلاق النشاط.

على العكس من ذلك ، عندما تعمل النواقل العصبية على المستقبلات لتسبب تدفق الأيونات السالبة إلى الخلايا العصبية بعد المشبكية ، فيطلق عليها التثبيط ، لأن العصبون يتم إبعاده بعيدًا عن عتبة جهده المحتملة ، وبالتالي يصبح أقل احتمالا لإطلاق النشاط.

نتيجة لذلك ، يُشار إلى بعض النواقل العصبية بالناقلات العصبية الاستثارية (حيث أن عملها على المستقبلات يسبب الإثارة) ، بينما يشار إلى البعض الآخر بالناقلات العصبية المثبطة.

تشمل النواقل العصبية المثيرة الشائعة الغلوتامات والدوبامين. تشمل النواقل العصبية المثبطة الشائعة غابا GABA والجليسين. يمكن أن تكون بعض النواقل العصبية ، مثل السيروتونين ، إما مثيرة أو مثبطة اعتمادًا على نوع المستقبلات التي تعمل عليها.

تشريح الجهاز العصبي

يتكون نظامنا العصبي من مليارات الخلايا العصبية ، وكلها تطلق إمكانات الفعل وتتواصل مع بعضها البعض من خلال نقاط الاشتباك العصبي.

تؤدي شبكات الخلايا العصبية هذه في النهاية إلى ظهور هياكل أكبر تؤدي وظائف متخصصة. من خلال دراسة تشريح الجهاز العصبي ، يمكننا البدء في فهم كيفية تقسيم الجهاز العصبي لمهامه العديدة.

أهم تقسيم تشريحي للجهاز العصبي هو بين الجهاز العصبي المركزي والجهاز العصبي المحيطي. يتكون الجهاز العصبي المركزي من الدماغ والحبل الشوكي ، ويتكون الجهاز العصبي المحيطي من الأعصاب في جميع أنحاء الجسم التي تتواصل مع الجهاز العصبي المركزي.

يعمل الجهاز العصبي المركزي والجهاز العصبي المحيطي معًا لتفسير بيانات الإحساس وبدء الحركة (سوكيل، 2019). تُرسل المعلومات الحسية من الأعصاب المحيطية إلى النخاع الشوكي ، ثم تُنقل إلى الدماغ ؛ تنتقل المعلومات الحركية من الدماغ إلى النخاع الشوكي ثم في النهاية إلى العضلات عبر الأعصاب الطرفية.

يتكون الدماغ نفسه من ثلاثة أجزاء: الدماغ و المخيخ ، و قشرة الدماغ . يعد جذع الدماغ مسؤولاً بشكل أساسي عن التحكم فيما يسمى بالوظائف "اللاإرادية" ، أي الوظائف الجسدية المنظمة دون وعي ، مثل معدل ضربات القلب والتنفس. يقع المخيخ بجوار جذع الدماغ وهو مسؤول عن التحكم في التوازن وتنسيق الحركة.

أخيرًا ، تقع القشرة الدماغية فوق جذع الدماغ والمخيخ ، وهو ما يعتقده معظم الناس عندما يفكرون في الدماغ - إنها مسؤولة عن الوظائف الإدراكية والمعرفية التي تشكل حياتنا العقلية (سوكيل، 2019).

تنقسم القشرة الدماغية بدورها إلى نصفي الكرة وأربعة فصوص. يرتبط نصفي الكرة الأيمن والأيسر بجسر من الألياف العصبية يسمى الجسم الثفني. خلافًا للاعتقاد الشائع ، ترتبط معظم العمليات المعرفية بنصفي الكرة المخية (أي أن الجانب الأيمن ليس أكثر "إبداعًا" والجانب الأيسر أكثر "تحليليًا" كما يشاع). ومع ذلك ، هناك استثناء واحد هو أن معظم الهياكل العصبية المتعلقة باللغة موجودة في نصف الكرة الأيسر (سوكيل، 2019).

بالإضافة إلى نصفي الكرة، تنقسم القشرة الدماغية أيضًا إلى أربعة فصوص: الفص القذالي والفص الصدغي والفص الجداري والفص الجبهي . يقع الفص القذالي في اتجاه الجزء الخلفي من الدماغ وهو مسؤول في الغالب عن معالجة المعلومات المرئية. يقع الفص الصدغي خلف الجبهة ويتعامل بشكل كبير مع المعلومات الصوتية (بما في ذلك اللغة) ، وكذلك بعض جوانب الذاكرة.

يقع الفص الجداري فوق الأذن ويعالج بشكل أساسي المعلومات الحسية واللمس والمكانية. أخيرًا ، يقع الفص الأمامي (الفص الأكبر) فوق العينين في مقدمة القشرة وهو مسؤول عن الوظائف الإدراكية ذات المستوى الأعلى مثل التفكير واتخاذ القرار والتخطيط.

يُعتقد أن القشرة الأمامية المتطورة للغاية هي ما يفصل البشر عن أسلاف الرئيسيات (سوكيل، 2019).

يحتوي كل فص على نوعين متميزين من الأنسجة العصبية: المادة الرمادية والمادة البيضاء. تظهر المادة الرمادية باللون الرمادي وتتكون من سوما وتغصنات الخلايا العصبية ، بالإضافة إلى الخلايا الداعمة غير العصبية. المادة البيضاء بيضاء اللون وتتكون من محاور عصبية تعمل على تكوين روابط بين المناطق في الدماغ.

اللون الأبيض ناتج عن مادة المايلين ، وهي مادة دهنية ملفوفة حول محاور لتمكينها من إرسال الإشارات بشكل أكثر كفاءة (سوكيل، 2019).

يحتوي الدماغ أيضًا على العديد من المناطق الأصغر ذات الوظائف المحددة. تشمل المناطق المهمة ما يلي:

  • الهايبوتلاموس: مركز التحكم في الوظائف اللاإرادية مثل درجة حرارة الجسم وضغط الدم ، بالإضافة إلى السلوكيات مثل الجوع والعطش والدافع الجنسي.
  • الغدة النخامية: المرتبطة بمنطقة ما تحت المهاد ، وهي تنظم جهاز الغدد الصماء ، وتفرز الهرمونات المشاركة في التطور الجنسي ، ونمو العظام والعضلات ، والإجهاد والتوتر.
  • ثالاموس: "محطة ترحيل" رئيسية في تنظم المعلومات الواردة والغادية من والى القشرة الدماغية.
  • العقد القاعدية: بالاشتراك مع المخيخ ، تساعد على تنسيق الحركات الحركية الدقيقة.
  • اللوزة: تلعب دورًا مهمًا في الاستجابة العاطفية للمنبهات.
  • الحصين: مسؤول عن الذاكرة طويلة المدى ("علم التشريح" ، 2018).

علم الأعصاب وعلم النفس

الدراسة العلمية للدماغ لا غنى عنها للدراسة العلمية للعقل. على الرغم من أن علم الأعصاب وعلم النفس يركزان على مجالات مختلفة ، فإن علم الأعصاب يتعامل مع مجال الخصائص الفيزيائية ، بينما يتعامل علم النفس مع عالم أكثر تجريدًا للعقل.

إن قدرتنا المتطورة باستمرار على ربط حالات الدماغ بالحالات العقلية تعني أن النظامين يمكنهما الانخراط في حوار هادف. سعى العلماء إلى فهم العلاقة بين الدماغ والعقل في الإدراك البشري الطبيعي وغير الطبيعي. وهذا هو الهدف الرئيسي لعلم الأعصاب الإدراكي.

يتم إجراء الكثير من الأبحاث في علم الأعصاب الإدراكي من خلال استخدام التصوير العصبي (الذي يشير إلى أي تقنية تساعد في تصور الدماغ) ، لأنه يسمح لنا "بالنظر داخل" جماجم الأشخاص الأحياء.

الشكل الأكثر شيوعًا للتصوير العصبي المستخدم في دراسات علم الأعصاب الإدراكي هو التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ، والذي يستخدم استجابات من أيونات الهيدروجين في أماكن مختلفة للحصول على معلومات حول الدماغ. يمكن أن يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي معلومات هيكلية حول الدماغ - أي معلومات حول تشريح دماغ شخص ما ، مثل أحجام المناطق المختلفة - عن طريق التمييز بين أنواع مختلفة من الأنسجة في الجمجمة وبالتالي إنشاء خريطة مادية للدماغ.

يمكن أن يوفر أيضًا معلومات وظيفية - أي معلومات حول نشاط مناطق مختلفة من الدماغ - عن طريق الكشف عن المناطق ذات المستويات العالية من الدم المؤكسج ، والذي يرتبط بنشاط الدماغ.

من خلال دراسات التصوير العصبي ، يمكن لعلماء الأعصاب الإدراكيين استخدام كل من المعلومات الهيكلية والوظيفية لبناء نماذج للإدراك البشري ، وفهم أدوار أنظمة ومناطق الدماغ المختلفة في الفكر والسلوك (كالرا ، 2012).

بالإضافة إلى تسليط الضوء على العمليات العصبية الكامنة وراء العقل البشري بشكل عام ، أحدث علم الأعصاب ثورة في علم النفس الإكلينيكي من خلال إحداث تقدم كبير في فهمنا للأمراض النفسية. من خلال مقارنة أدمغة الأشخاص الأصحاء بأدمغة الأفراد الذين يعانون من اضطرابات نفسية ، تمكن علماء الأعصاب من تحسين معرفتنا بكل من أسباب هذه الأمراض وعلاجاتها الأكثر فعالية.

على سبيل المثال ، اقترحت دراسات التصوير العصبي أن بعض المصابين بالاكتئاب قد يكون لديهم حصين أصغر. وقد يكون هذا مرتبطًا بالإجهاد والتوتر ، والذي يُعتقد أنه يقلل من تكوين الخلايا العصبية (إنتاج الخلايا العصبية الجديدة) في الحُصين.

تتوافق هذه النتيجة أيضًا مع الدليل على أن الأدوية المضادة للاكتئاب تعمل على تعزيز تكوين الخلايا العصبية في الحُصين - وبما أن هذه العملية تستغرق وقتًا طويلاً ، فقد يفسر هذا سبب عدم ملاحظة المرضى عادةً لتأثير مضادات الاكتئاب لعدة أسابيع.

على الرغم من أن مضادات الاكتئاب تنتج تأثيرات مباشرة على مستويات الناقلات العصبية التي يُعتقد أنها متورطة في الحالة المزاجية ، فإن هذه النتائج تشير إلى أن تكوين الخلايا العصبية هو في نهاية المطاف آلية العمل الأكثر أهمية ، وأنه يجب تطوير الأدوية التي تستهدف تكوين الخلايا العصبية على وجه التحديد .

مثال آخر هو الفصام. أشارت مجموعة متنوعة من الدراسات الكيميائية العصبية والتصوير العصبي ودراسات النماذج الحيوانية إلى الدور البارز للناقل العصبي الدوبامين في هذا الاضطراب - على وجه الخصوص ، المستويات العالية بشكل غير طبيعي من الدوبامين في جزء من الدماغ يسمى المخطط. يُعتقد أن أحد أدوار الدوبامين هو الإشارة إلى بروز المحفزات الخارجية.

على سبيل المثال ، قد يتم الإشارة إلى الطعام باعتباره عنصرًا بارزًا لأنه ضروري للبقاء على قيد الحياة. وهكذا افترض العلماء أن نشاط الدوبامين غير الطبيعي في المخطط قد يتسبب في ظهور محفزات غير ضارة في الأفراد المصابين بالفصام ، مما يؤدي إلى الأوهام والهلوسة حول المنبهات المعنية. نتيجة لذلك ، تتمثل إحدى الآليات الرئيسية للأدوية المضادة للذهان في منع مستقبلات الدوبامين (وينتون-براون ، 2014).

كما أن الدوبامين متورط في الإدمان. يلعب الناقل العصبي دورًا رئيسيًا في التحفيز والمكافأة (نوع معين من البروز) ، وعندما يتم تناول الأدوية التي تزيد من مستويات الدوبامين في دائرة المكافأة ، يتم استحضار استجابة مشروطة.

عند الأفراد العاديين ، يتم التحكم في دائرة المكافأة هذه بواسطة دوائر في قشرة الفص الجبهي التي تتحكم في الأداء التنفيذي: القدرة على مقاومة الرغبة الشديدة على المدى القصير في خدمة هدف طويل المدى.

ومع ذلك ، عند الأفراد الذين يعانون من الإدمان ، تكون الاستجابة المشروطة للدواء قوية جدًا لدرجة أن دوائر المكافأة تتجاوز دوائر الفص الجبهي ، مما يؤدي إلى البحث القهري عن المخدرات حتى في مواجهة العواقب السلبية (فولكو وبويل ، 2018).

أظهرت الأبحاث المعاصرة أن علم الأعصاب وعلم النفس يمكن أن يعملا معًا لتحقيق المنفعة المتبادلة. من خلال التعرف على العلاقة بين العمليات العقلية والجسدية ، وبالتالي يمكننا فهم كليهما بشكل أفضل.

 المراجع

Cowan, W. M., Harter, D. H., & Kandel, E. R. (2000). The Emergence of Modern Neuroscience: Some Implications for Neurology and Psychiatry. Annual Review of Neuroscience, 23(1), 343–391.

Dorland, W. A. N. (2011). Dorland's Illustrated Medical Dictionary E-Book. Elsevier Health Sciences.

Guillery, R. W. (2004). Observations of synaptic structures: origins of the neuron doctrine and its current status. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 360(1458), 1281–1307.

Harvard University. (2019, June 24). What causes depression? Harvard Health Publishing. https://www.health.harvard.edu/mind-and-mood/what-causes-depression.

Kalra, P. (2012, July 1). Cognitive neuroscience: Connecting neuroimaging and neural nets. Science in the News. http://sitn.hms.harvard.edu/flash/2012/cognitive-neuroscience/

Mayfield Brain & Spine. (2018, April). Anatomy of the Brain. Mayfield Brain & Spine. https://mayfieldclinic.com/pe-anatbrain.htm